Расчет пароводяного теплообменного аппарата

СОДЕРЖАНИЕ

Введение              3

Исходные данные              4

Тепловой расчет              5

Повторный расчет              8

Гидродинамический расчет              10

Список литературы              12

ВВЕДЕНИЕ

В данной курсовой работе проводим расчет пароводяного теплообменного аппарата. Расчет состоит из теплового и гидродинамического расчетов теплового аппарата.

Теплообменный аппарат ― это устройство предназначенное для нагревания, охлаждения или изменения агрегатного состояния теплоносителя. Пароводяной теплообменный аппарат относится к поверхностным теплообменным аппаратам по способу передачи тепла и к рекуперативным по принципу действия. Конкретно является кожухотрубным теплообменником.

Целью теплового расчета является определение поверхности площади теплообмена. Гидродинамический расчет устанавливает затрату энергии на движение теплоносителей через аппарат.

Применяется в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Определить величину поверхности теплообменника () и основные размеры () вертикального четырехходового трубчатого теплообменника. Предназначенного для нагрева воды от до . Вода движется внутри латунных трубок (). Наружный и внутренний диаметр трубок равна соответственно и . Толщиной стенки =. Вода движется со скоростью . Греющим теплоносителем является сухой насыщенный водяной пар с давлением и скорость ,который конденсируется на внешние поверхности трубок. Количество передаваемой теплоты , потери в окружающую среду не учитывать.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ

Определяем параметры греющего пара для давления:

Определяем расход первичного теплоносителя:

Определяем расход вторичного теплоносителя:

где – теплоемкость воды при средней температуре .

Для расчета коэффициента теплоотдачи к внешней поверхности трубки при конденсации пара надо знать температуру внешней поверхности стенки и высоту трубки. Эти значения неизвестны, поэтому расчет проводим методом последовательных приближений. Определяем среднелогарифмический температурный напор.

Задаемся температурой стенки в первом приближении:

Задаемся также высотой трубок .

Приведенная высота поверхности (длина трубки):

При              

Т.к. , то режим пленки конденсата турбулентный.

При пленочной конденсации сухого насыщенного пара и смешанном режиме течения пленки конденсата средний по длине коэффициент теплоотдачи определяют по формуле:

Здесь Pr и Prст – числа Прандтля для конденсата.

При               Pr=1,26              при               Prст1=1,87,

Учитывая, что находим:

Определим коэффициент теплоотдачи к воде.

Среднеарифметическая температура воды:

При физические свойства воды:

Число Рейнольдса для вторичного теплоносителя (вода):

Режим движения воды турбулентный, поэтому число Нуссельта рассчитывают по формуле:

Перепад температур по толщине стенки оцениваем в 1°С, тогда

Коэффициент теплоотдачи от пара к воде:

Средняя плотность теплового потока:

Поверхность теплообмена в первом приближении:

Число трубок в одном ходе:

Число ходов 4 и всего трубок

Высота трубок в первом приближении:

Температура стенок труб:

Полученные значения величин H, tст1, tст2 отличаются более чем на 10%, поэтому производим повторный расчет, принимая H=0,6 м, tст1=107°С, tст2=105°С.

ПОВТОРНЫЙ РАСЧЕТ

Пусть приведенная высота поверхности (длина трубки) равна:

Режим течения пленки конденсата ламинарный, поэтому расчет ведем по формуле:

Для вторичного теплоносителя при

Коэффициент теплоотдачи:

Коэффициент теплопередачи:

Средняя плотность теплового потока:

Поверхность теплообмена в первом приближении:

Число трубок в одном ходе 101. Всего трубок 404 сохраняется прежними.

Высота трубок во втором приближении:

Температура стенок трубок:

Совпадение полученных значений с ранее принятыми лежит в пределах точности расчета, таким образом, окончательно принимаем

Определяем внутренний диаметр корпуса теплообменника:

В данном случае выбираем шаг труб и коэффициент заполнения трубной решетки

Определяем диаметры патрубков:

      парового:

при

      водяного:

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Гидравлическое сопротивление пароводяных подогревателей по межтрубному пространству при конденсации пара на пучке вертикальных или горизонтальных трубок, как правило, не определяется. Величина такого сопротивления при нормальной эксплуатации теплообменных аппаратов, работающих с небольшими скоростями греющего пара – до 9 м/с в межтрубном пространстве очень мала.

Для вторичного теплоносителя (вода):

Сопротивление трения:

Коэффициент сопротивления трения:

Местные сопротивления:

Коэффициенты местных сопротивлений равны:

      удар и поворот потока во входной и выходной камерах

      вход воды из камер в трубки и выход из трубок в камеры

      повороты на углах 180° в камерах

Суммарный коэффициент равен:

Местные сопротивления:

Общее сопротивление вторичного теплоносителя:

Мощность, необходимая для перемещения теплоносителя:

– к.п.д. перекачивающего устройства (насоса).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРА

1.                  Теплотехника: Учеб. для вузов / А. П. Баскаков, Б. В. Берг, О. К. Витт и др.; Под ред. А. П. Баскакова. ― 2-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1991. 224 .: ил.

2